 |
Моделирование нелинейного трансформатора ТДН-16000-110/10
|
|
|
|
Моделирование нелинейных силовых трансформаторов и трансформаторов тока.
Выполнили:
студенты группы 1-29м
Воропаев А.
Харахнин М.
Иваново 2017
Цель работы: изучение способов моделирования нелинейных силовых трансформаторов и измерительных трансформаторов тока в программе Matlab с использованием библиотек Simulink и SimPowerSystem.
Ход работы:
В процессе исследования работы смоделированных схем рассмотрим следующие режимы:
1)режим ХХ трансформатора;
2)режим возникновения бросков тока намагничивания.
Измеряемые величины:
1)ток, протекающий в обмотке ВН, его действующее значение;
2)напряжение на стороне НН трансформатора, его действующее значение.
Моделирование нелинейного трансформатора ТДН-16000-110/10
При моделировании нелинейных трансформаторов Saturable Transformer учитывается насыщение стали, из которой изготавливается сердечник (рис.1).
Нелинейность трансформатора учитывается заданием кривой намагничивания стали и вводится в графе Saturation characteristic при параметрировании блока по точкам в и.о. или о.е.
Рисунок 1 – Т-образная схема замещения нелинейного трансформатора напряжения
а)
|
б)
|
Рисунок 2 – Петля гистерезиса (а) и основная кривая намагничивания (б) стали трансформатора
Основная кривая намагничивания представляет собой геометрическое место вершин симметричных петель гистерезиса, получающихся при циклическом перемагничивании. Принято различать три участка: начальный, соответствующий нижнему колену кривой, участок быстрого возрастания индукции (намагниченности) и участок насыщения (выше верхнего колена кривой) (рис.2,б).
Трансформатор работает при Uном в режиме насыщения. Обычно при задании кривой намагничивания трансформатора в о.е. за базисные значения принимают координаты точки, находящейся на указанном участке.
|
|
|
Трансформаторы изготавливаются из двух видов стали (для уменьшения потерь от вихревых токов):
1) горячекатаная (марки Э41, Э42, Э43, Э44 и др.), для которых Вбаз=1,6-1,65 Тл, Нбаз=650 А/м;
2) холоднокатаная (марки Э330, Э3405, Э3408, Э3409 и др.), для которых Вбаз=0,4 Тл, Нбаз=1600 А/м.
Выбор стали основывается на том, какие должны быть характеристики у магнитопровода и какая у него конструкция. Наиболее полно преимущество холоднокатаных сталей используется при условии, что конструкция магнитопровода обеспечивает прохождение магнитного потока вдоль проката и воздушные зазоры на стыках минимальны. Применение холоднокатаной стали для силовых трансформаторов при шихтованной конструкции уменьшает объем стали по сравнению с такой же конструкцией из горячекатаной стали на 25-30%.
Для определения параметров схемы замещения по рис.1 в о.е. понадобятся следующие формулы, представленные в табл.1:
Таблица 1 – Расчет параметров схемы замещения трансформатора
| Для задания кривой намагничивания по точкам | 
| (1) |
| (2) | |
| Параметры цепи намагничивания | 
| (3) |
| (4) | |
| (5) | |
| (6) | |
| (7) | |
| Сопротивления обмоток | 
| (8) |
| (9) |
Продолжение таблицы 1
| Базисные величины | 
| (10) | ||
| Перевод из и.е. в о.е. | ||||
| Параметры цепи намагничивания | 
| (11) | ||
| (12) | |||
| Сопротивления обмоток | 
| (13) | ||
| (14) | |||
На рис.3 приведена модель нелинейного трансформатора.
Рисунок 3 – Модель нелинейного трансформатора в программном комплексе Simulink
Параметры моделируемой схемы приведены в таблице 2. Напряжение трехфазного источника 115 кВ.
Таблица 2 – Параметры схемы по рис.3
| Параметр | Значение |
| Sном | 16 МВА |
| Uном.ВН | 115 кВ |
| Uном.НН | 10,5 кВ |
| Iхх% | 1% |
| uк% | 10,5% |
| Ркз | 4 кВт |
Расчет параметров нелинейного трансформатора представлен в табл.3 и табл.4. Все необходимые данные для ввода в Simulink представлены в табл.4.
|
|
|
Таблица 3 – Расчет параметров трансформатора в и.е.
| Параметр | РВ | Расчет | Принятое значение |
| (10) | 
| 826,6 Ом |
| (4) | 
| 0,8 А |
| (3) | 
| 83 кОм |
| (7) | 
| 166 кОм |
| (2) | 
| 80 А |
| (8) | 
| 0,31 мОм |
Таблица 4 – Расчет параметров трансформатора в о.е.
| Параметр | РВ | Расчет | Принятое значение |
| (11) | 
| 200,8 |
| (12) | 
| |
| (13) | 
| |
| (14) | 
| 0,053 |
Опыт холостого хода
При опыте холостого хода трансформатора его вторичная обмотка разомкнута и тока в этой обмотке нет, а первичная обмотка включена в сеть источника электрической энергии переменного тока. В таких условиях в первичной обмотке протекает ток холостого хода, который представляет собой малую величину по сравнению с номинальным током трансформатора. В трансформаторах больших мощностей ток холостого хода может достигать значений порядка 5 — 10% от номинального тока. В трансформаторах малых мощностей этот ток достигает значения 25 — 30% номинального тока.
Результаты опыта холостого хода представлены на рис.4.
Рисунок 4 – Опыт холостого хода. Верхний график – ток, протекающий в обмотке ВН, нижний – его действующее значение
Ток холостого хода I0 создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Для возбуждения магнитного потока трансформатор потребляет реактивную мощность из сети. Активная мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе, расходуется на покрытие потерь мощности в магнитопроводе, вызываемых гистерезисом и вихревыми токами. Сила тока холостого хода I0 измеряется амперметром, включенным в цепь первичной обмотки трансформатора.
|
|
|
